Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI MỞ ĐẦU Quý độc giả thân mến, trong quá trình biên dịch đề thi Olympiad quốc tế (IchO) và của các quốc gia khác, chúng tôi nhận thấy có sự chênh lệch tương đối lớn về sự cập nhật kiến thức trong cá.
LỜI MỞ ĐẦU Qu đ c gi thân m n, trình biên d ch đ thi Olympiad qu c t (IchO) c a qu c gia khác, chúng tơi nh n th y có s chênh l ch táơng đ i l n v s c p nh t ki n th c c c đ thi c a Vi t Nam th gi i Nh m đ p ng nhu c u c a giáo viên h c sinh chuyên vi c ti p c n v i nh ng ngu n ki n th c hóa h c hi n đ i hơn, ban bi n t p t p ch KEM đ bi n so n b tài li u T h c H a (m : THH18), đá c chia thành n t p g m: 1) C u t o ch t; 2) V cơ; 3) Nhi t đ ng; 4) ng h c; 5) Phân tích - i n h a; 6) Cơ ch ph n ng; 7) T ng h p H u cơ; 8) X c đ nh c u trúc h p ch t h u cơ; 9) Tuy n t p đ thi th HSGQG OlympiaVN (t n m 2017 đ đ i tên thành OCC - OlympiaVN Chemistry Challenge) N i dung c a m i quy n sách n t p 100 t p (kèm l i gi i chi ti t) đá c ch n l c t tài li u dùng cho b i dá ng h c sinh d thi Olympiad c a Trung Qu c, Nga gi ng Advanced Chemistry t nhi u trá ng i h c h ng đ u ná c M Do s chu n b g p rút m t s h n ch vi c d ch thu t (s d ng nhi u ngu n tài li u ngồi ti ng Anh) nên có th v n nh ng l i sai ho c thi u s t Mong qu đ c gi quan tâm có th g i ph n h i v đ a ch : tapchikem@gmail.com Chân thành c m ơn M cl c Ph l c Nguyên lí th nh t Bài 1: Khí bánh - Ph ng trình tr ng thái khí 10 Bài 2μ Ph ng trình tr ng thái khí 12 Bài 3: Thuy t đ ng h c ch t khí đ nh lu t khí 14 Bài 4: Nhi t công 17 Bài 5: Nhi t công 19 Bài 6: Nhi t công 21 Bài 7: Chu trình nhi t đ ng h c 24 Bài 8μ ng c nhi t máy l nh 26 Bài 9: Ph n ng đ t cháy nhiên li u xe h i 28 Enthalpy 30 Bài 10μ Phép đo nhi t l ng nhi t dung 31 Bài 11μ Phép đo nhi t l ng 33 Bài 12: Enthalpy 35 Bài 13: Nhi t ph n ng 37 Bài 14μ nh lu t Hess 39 Bài 16: Enthalpy ph n ng 43 Bài 16B: Enthalpy ph n ng 46 Bài 17: Enthalpy ph n ng 48 Bài 18μ Enthalpy đ t cháy 51 Bài 19: Sinh nhi t thiêu nhi t 53 Bài 20: Nhi t hóa h c 55 Bài 21: Enthalpy 57 Bài 22: Chu trình Born-Haber 59 Bài 23: Chu trình Born-Haber 61 Bài 24: Chu trình Born-Haber 63 Bài 25: Chu trình Born-Haber 65 Bài 26μ Enthalpy n ng l ng liên k t 67 Bài 27μ N ng l ng liên k t 70 Bài 28: Hi u ng nhi t ph n ng 72 Entropy n ng l ng t 74 Bài 2λμ Entropy môi tr ng 75 Bài 30: S d ng hydrogen làm nhiên li u 77 Bài 31: Pin nhiên li u 79 Bài 32: Nhi t công 81 Bài 33: Giãn n đo n nhi t 84 Bài 34: Giãn n đo n nhi t 86 Bài 35μ Phép đo nhi t l ng 88 Bài 35Bμ Phép đo nhi t l ng 91 Bài 36: Nhi t đ ng h c c a m t trình sinh h c b n v ng 94 Bài 37: Bi n thiên entropy 97 Bài 38μ N ng l ng t 100 Bài 3λμ N ng l ng t 103 Bài 40μ N ng l ng t 105 Bài 41μ N ng l ng t 106 Bài 42: Kh n ng di n bi n c a ph n ng 108 Bài 44μ N ng l ng t 112 Bài 45μ N ng l ng t - S ph thu c áp su t 114 Bài 46μ N ng l ng t - S ph thu c áp su t 116 Bài 47μ N ng l ng t 118 Bài 48μ N ng l ng t 120 Bài 4λμ N ng l ng t 122 Bài 50μ N ng l ng t h ng s cân b ng 124 Bài 51: Phá h y b t t o màu 126 Bài 52μ N ng l ng t 129 Bài 53: Ph thu c c a h ng s cân b ng vào nhi t đ 131 Bài 54: Ph thu c c a h ng s cân b ng vào nhi t đ 133 Bài 55μ ng h c nhi t đ ng h c 136 Bài 56μ N ng l ng t h ng s cân b ng 139 Bài 57μ N ng l ng t h ng s cân b ng 142 Bài 58μ N ng l ng t h ng s cân b ng 143 Bài 59: Ph n ng pin 145 Bài 60μ ng c nhi t pin nhiên li u 147 Bài 61: Q trình lị cao 150 Bài 62: Chuy n hóa gi a đ ng oxide 152 Cân b ng hóa h c 156 Bài 63: Cân b ng hóa h c 156 Bài 64: Cân b ng hóa h c 158 Bài 65: Cân b ng hóa h c 159 Bài 66: Cân b ng dimer hóa 160 Bài 67: Cân b ng hóa h c 161 Bài 67B: Cân b ng hóa h c 163 Bài 68: Cân b ng hóa h c bình kín 164 Bài 69: Cân b ng hóa h c 166 Bài 70: Cân b ng hóa h c 168 Bài 71: Cân b ng hóa h c 171 Bài 72: Cân b ng hóa h c 174 Bài 73: Cân b ng hóa h c 176 Bài 74: S d ng hydrogen làm nhiên li u (2)- H ng s cân b ng 180 Bài 75: Hydrogen t methanol methanol t hydrogen 183 Bài 76: Cân b ng hóa h c 186 Bài 77: Cân b ng hóa h c 187 Bài 78: Cân b ng phase khí 189 Bài 79: Cân b ng máu 193 Bài 80: Nhi t đ ng h c c a silicon dioxide 196 Bài 81: Nhi t hóa h c c a xylene 198 Bài 82: Cân b ng 201 Bài 83: Kh i ph h ng s cân b ng 203 Bài 84μ Ph ng trình Arrhenius 205 Bài 85: Các hàm nhi t đ ng 208 Bài 86μ ch n l c c a ph n ng chu i g c 210 Bài 87μ δ u tr hydrogen 216 Bài 88: Cân b ng hóa h c 219 Bài 8λμ N ng l ng liên k t cân b ng hóa h c 226 Bài 90: Tính ch t tr ng thái cân b ng 228 Gi n đ phase 237 Bài 94: Gi n đ phase 237 Bài 95: Các tr ng thái 240 Bài 96: Gi n đ phase 242 Bài 97: Gi n đ phase 244 Bài 99: Cân b ng c p ch t l ng h c u t Ch ng c t b ng h i n c 250 Bài 100μ B ng nóng đ c 253 Ph l c Các d ki n Nhi t đ ng h c ch n l c *Trích t sách Chemistry (9th Edition) c a Steven S Zumdahl, Susan A Zumdahl ( H Illinois) Trong n t p c ng s d ng m t s t p quy n sách N ng l ng liên k t trung bình (kJ/mol) Ngun lí th nh t - Khái ni m v h môi tr - N ng l ng, nhi t cơng ng Bài 1: Khí bánh - Ph ng trình tr ng thái khí Mu i c a ammonia có th đ c tìm th y công th c c a bánh g ng d ng baking soda - m t lo i b t làm n bánh (b t n ) Nó h n h p c a ammonium hydrogencarbonate ammonium carbamate Trong giáo trình hố h c, b n s th y thành ph n khác Khi đun nóng 180 oC, c hai h p ch t baking soda đ u phân hu Xem r ng mu i h n h p đ ng mol c a ammonium hydrogencarbonate ammonium carbamate Vi t ph ng trình ph n ng phân hu Tính th tích t ng lên c c đ i c a b t nhào gam baking soda phân hu 180 oC (p = 1.013 bar) Bài 96: Gi n đ phase Gi n đ phase m t cách thu n ti n đ mô t pha c a h p ch t theo hàm c a nhi t đ áp su t Dùng gi n đ pha c a n c cho d i đ tr l i câu h i sau: 1) Cho bi t pha t n t i 2) T i n 3) N m A, B C? c đá khơng chìm n c l ng? dp H , v i H = dT TV t bi n thiên entanpy mol bi n thiên th tích mol c a n c) đ gi i thích c giãn n đơng đ c S d ng ph Vl nl u ng trình Clapeyron ( 4) M t bình thu tinh ch a m t ph n n c đ quan sát đ c bi n đ i b m ho t đ ng? c n i v i m t b m chân không Có th 5) M t ng i đàn ơng tr t b ng b m t c a m t t m b ng v i áp su t khí quy n atm nhi t đ 0oC Có th quan sát đ c bi n đ i d c theo đ ng tr t b m t c a b ng, gi s b ng có th ch u đ c tr ng l ng c a ng i đàn ông mà không b v H ng d n 1) A: r nν Bμ đ ng t n t i r n, l ng, khíν Cμ đ ng t n t i tr ng thái l ng khí 2) H s g c âm c a đ ng r n/l ng cho th y r ng tr ng thái l ng c a n thái r n Vì v y n c đá khơng chìm n c l ng 3) Ph ng trình Clapeyron: H dP = dT TV V i H enthalpy mol c a n r ng h s góc c n ng h n tr ng c V bi n thiên th tích Gi n đ phase cho th y dP cho vùng đ ng t n t i l ng-r n âm nh v y th tích s t ng n dT c đông đ c 4) Khi áp su t th p h n, phase l ng s chuy n tr c ti p thành phase khí Nh v y n c có th bay h i T i th i m trình bay h i n c thu nhi t làm l nh môi tr ng xung quanh N c cịn l i hóa r n Tr ng thái r n s th ng hoa cho đ n h t n u b m chân không liên t c ho t đ ng 5) B m t đá (ch u s c ép b i áp su t l n h n atm) chuy n thành tr ng thái l ng 0oC Bài 97: Gi n đ phase D 1) i gi n đ phase c a carbon dioxide: i u s x y v i khí CO2 n u áp su t đ C/ oC/ 100 oC? c t ng t t t 0.5 đ n 9000 bar nhi t đ -80 o 2) Theo cách có th nh n đ c carbon dioxide l ng d i áp su t th B n có th mua CO2 bình thép, chúng có th đ bar Các chai l u gi l ng carbon dioxide t i đa c gi ng (1.013 bar) áp su t l n h n 100 3) Cho bi t tr ng thái t n t i c a CO2 bình c tính áp su t bên bình o sau đ c “đ ” đ y CO2 ( 25 C) S d ng gi n đ , ý r ng tr c tung đ c l y logarithm H ng d n Bài 98: Cân b ng phase Gi n đ phase c a h m t c u t (S) đ l i câu h i c cho d i B n s c n s d ng gi n đ đ tr 1) Lo i bi n đ i phase s x y n u ch t r n S đ c gi u ki n th ng, m ? A Th ng hoa B Nóng ch y C Hóa h i D Không bi n đ i 2) D i nh ng u ki n nào, c phase c a h S n m cân b ng? A T > 304.2 K P > 72.9 atmosphere B T = 216.8 K P = 5.2 atmosphere C T > 304.2 K D P > 72.9 atmosphere 3) Nhi t đ c a h X1 t ng u ki n đ ng áp đ đ t t i X4 Xác đ nh phase c a h tr ng thái khác nhau, t X1 đ n X4 4) V đ ng cong gia nhi t (nhi t đ - th i gian) v i trình thái v t lí phù h p 5) N u áp su t t ng, nhi t đ nóng ch y c a ch t r n S s A Không đ i B T ng ý 3, kèm theo kí hi u tr ng C Gi m 6) S d ng ph ng trình Clapeyron cho bi n đ i phase (dP/dt = 0/V), xác đ nh th tích c a h X2 bi n đ i th đun nóng? 7) Xác đ nh tr ng thái c a h S, n u đ (304.2 K) 8) Xác đ nh u x y v i h S nguyên X5, n u áp su t thay đ i ch m, nhi t đ v n gi A áp su t cao h n, h s tr thành ch t l ng B áp su t th p h n, h s tr thành ch t l ng C H s 9) c đun nóng bình kín nhi t đ t i h n phase gi ng nh v y nh lu t Raoult phát bi u r ng áp su t riêng ph n (p1) c a m t dung môi dung d ch đ c cho b i áp su t h i (p10) c a dung môi tinh t nhân v i ph n mol (1) c a dung môi D n bi u th c liên h gi a s h áp su t h i v i ph n mol ch t tan 10) Áp su t h i c a n c 200 oC 17.54 mm Hg c a dung d ch 10% (w/w) ch a m t ch t tan h u c nhi t đ 16.93 mm Hg Tính kh i l ng phân t c a ch t tan, s d ng bi u th c d n ý 11) M t ch t tan đ c hòa tan vào hai ch t l ng không tr n l n, ti p xúc v i nh lu t phân b Nernst phát bi u r ng cân b ng, t l n ng đ c a phân t gi ng hai phase h ng s (KD) nhi t đ không đ i Ch t tan A t n t i d ng ti u phân monomer A dung môi S1 t o thành d ng An dung môi S2 Các ti u phân A An n m cân b ng v i h ng s cân b ng K a) Tính n ng đ c a A dung môi S2, n u n ng đ c a An C2 b) Bi t n ng đ c a A dung môi S1 C1, tính h ng s phân b KD c a ch t tan H ng d n 1) A 2) B 3) X1 → Phase r n X2 → Phase cân b ng r n-l ng X3 → Phase cân b ng l ng-khí X4 → Phase khí 4) 5) B 6) Th tích s t ng nóng ch y 7) H đ n phase đ 8) C 9) 10) 56 11) c g i ch t l ng siêu t i h n Bài 99: Cân b ng c p ch t l ng h c u t Ch ng c t b ng h i n c Ch ng c t b ng h i n c ph ng pháp thu n ti n đ tách tinh ch ch t h u c không bay h i nh y c m v i nhi t i u ki n c n thi t ch t ph i tan n c gi i đ c t p sau, b n s ph i làm quen v i c s nhi t đ ng h c c a trình Ch đ th o lu n s cân b ng l ng - h i c a h 1,3,5-trimethylbenzene (mesitylene, TMB) - n c Các giá tr nhi t đ sơi enthalpy hố h i c a ch t (trong u ki n áp su t chu n p0 = 1000 hPa) Tw [K] Hpar [kJ mol-1] 1,3,5-trimethylbenzene 438 45 n 373 40 c S d ng ph ng trình Clausius - Claperyon, tính giá tr áp su t cân b ng c a n c TMB t i nhi u (5 ho c 6) giá tr nhi t đ T kho ng 363 - 373 K Ph ng trình tr ng thái Clausius - Claperyon sau áp d ng m t s gi đ nh đ n gi n có d ng nh sauμ c l ng nhi t đ t i h n h p n c MTB s b t đ u hoá h i u ki n áp su t p = 1000 hPa Xác đ nh thành ph n c a h i m đ ng phí (cùng sôi) v m t ph n t ng đ i gi n đ phase c a h g n m (p = 1000 hPa) Ch p nh n gi đ nh đ n gi n hố r ng n c khơng tr n l n v i TMB Tính l ng n c t i thi u (v m t lí thuy t) đ ch ng c t 100 gam TMB Cho bi t nh ng ch t sau có th đ c ch ng c t b ng h i n c a l i gi i thích ng n g n cho m i tr ng h p a) ethyl benzoate b) aminoacetic acid (glycine) c) 1,4-dihydroxybenzene (hydroquinone) d) nitrobenzene H ng d n 1) Bi n đ i ph ng trình Clausius - Claperyon v d ng ph Tính áp su t cân b ng c a n c TMB ng trình m m t s giá tr nhi t đ : 2) H n h p n c MTB b t đ u sôi t ng áp su t h i pc đ t t i 1000 hPa V i m t h g m hai ch t g n l ng h u nh không tr n l n, giá tr x p x b ng t ng áp su t h i c a m i c u t nhi t đ xác đ nh pc ≈ p (H2O) + p(TMB) Tính pc ng v i m i giá tr nhi t đ đư ch n lúc tr c: H n h p s b t đ u sôi nhi t đ kho ng 369 - 371 K V i T = 370 K, ta có pc ≈ λ01 hPa + 103 hPa = 1004 hPa ≈ 1000 hPa V y có th gi đ nh r ng h n h p s sôi kho ng 370 K 3) Ph n mol c a m i c u t phase khí t l v i áp su t h i y(H2O) = p(H2O) / pc ≈ 0.λ y(TεB) = p(TεB) / pc ≈ 0.1 4) n(TMB) = m(TMB) / M(TMB) = 100 g / (120 g / mol) = 0.833 mol D th y t h to đ m đ ng phí r ng c n λ mol n n c c n dùng c đ hoá h i mol TεB, v y l ng m(H2O) = n(H2O) · M(H2O) = n(TMB) · M(H2O) = · 0.833 mol · 18 g/mol = 135 gam 5) Có th áp d ng v i a d - hai ch t tan n cν cịn b c khơng đ n c cịn b) có c u trúc ion l ng c c, không bay h i c c) tan t t Bài 100: B ng nóng đ c Các gi n đ phase áp su t - nhi t đ c a ch t tinh t mô t u ki n t i cân b ng pha t n t i Gi n đ phase c a n c đ c ch d i (áp su t đ c cho theo thang logarithm) Gi n đ phase c a n c t a đ semi - log S d ng gi n đ phase ph phase, tr l i câu h i sau: ng trình nhi t đ ng h c thích h p mô t chuy n đ i Nhi t đ sôi c a n c nhi t đ nóng ch y c a n c đá th ng ( I) V ph thu c theo áp su t nh th nào? Gi i thích theo cách đ nh tính b ng cách áp d ng nguyên lý Le Chatelier? i u s x y v i h i n c n u áp su t t t t ng t 10 Pa đ n 10 GPa t i nhi t đ : a) 250K; b) 400K; c) 700K Nhi t đ th p nh t có th đ t đ c mà t i cân b ng n c l ng s t n t i n c l ng, đá I đá III Áp su t t i m 210 εPa, tính nhi t đ ? m ba gi a: M t vài d ng n c đá có th t n t i cân b ng v i n c l ng Gi s r ng nhi t nóng ch y nh v i t t c d ng đá khác nhau, hưy tính n c đá có kh i l ng riêng l n nh t Nhi t đ nóng ch y c a n c đá t i áp su t 10 GPa bao nhiêu? N c đá đ c khít nh t có c u trúc tinh th l p ph ng v i hai phân t n bào C nh c a t bào 0.335 nm Tính kh i l ng riêng c a n c đá này? 6.Xác đ nh nhi t nóng ch y c a n c cho m t đ n v t c đá đ c khít nh t? Các thơng tin c n thi t: Kh i l ng riêng c a n c đá th ng n Nhi t nóng ch y c a n c đá th ng 6010 J/mol i m ba “n c (l ng) l n l t: 0.917 g/ml; 1.000 g/ml c l ng - đá VI - đá VII” làμ áp su t P = 2200 MPa; nhi t đ T = 355K G i ýμ Coi nh kh i l ng riêng c a pha n ph thu c vào áp su t nhi t đ c ng ng t nhi t chuy n pha không H ng d n i m sôi c a n c m nóng ch y c a đá V t ng m ch y c a đá th ng gi m t ng áp su t i u có th d dàng gi i thích theo nguyên lý Le Chaterlie Trong trình chuy n phase: th tích t ng lên nhi t đ c h p th (V > 0; (H > 0) Do đó, v i c hai trình t ng áp su t cân b ng d ch sang tráiν đó, nhi t đ c n t ng lên đ gi tr ng thái cân b ng Trong trình chuy n phase th tích gi m nhi t đ c h p th (V > 0; (H > 0) Do đó, t ng áp su t cân b ng d ch sang ph iν đó, nhi t đ c n gi m lên đ gi tr ng thái cân b ng a) 250 Kμ h i n b) 400 Kμ h i n c → đá I → đá III → đá V → đá VI c → l ng → đá VII c) 700 K: ch có pha h i (t i áp su t cao có th g i “d ch t i h n”) khơng có q trình chuy n phase x y Các trình chuy n pha gi a pha ng ng t đ c mô t b i ph ng trình Clapeyron: ho c s g n đúngμ Ta tính v ph i c a ph ng trình cho s chuyên d chμ đá I n xác đ nh t kh i l ng riêng: c Th tích thay đ i đ c N u đ d c không ph thu c vào áp su t nhi t đ t i áp su t 210 MPa nhi t đ c a n c l ng cân b ng v i đá I đá II đ c tính x p x : ây m t s tính toán; giá tr th c -22 oC S khác gi a giá tr tính tốn giá tr th c ph thu c vào giá tr th c c a enthalpy q trình nóng ch y kh i l ng riêng ph thu c áp su t Ví d , t i 210 MPa enthalpy c a đá I 4230 J/mol (thay th cho 6010 t i áp su t th ng), th tích thay đ i V = -2,43 cm3/mol (thay th cho -1,63 cm3/mol t i áp su t th ng) T ph ng trình Clapeyron ch đ d c c a p(T) ph thu c v i m nóng ch y c a đá III t i đá VII đ c xác đ nh b i H, T V Giá tr đ u tiên đ c gi s gi ng t t c trình chuy n pha, nhi t đ đ i l ng cho gi ng tr ng h p so sánh, đóng góp t i đ d c t V V i đá VII, đ d c nh nh t, V = V(n c) - V(đá) l n nh t, V(đá) nh nh t Có ngh a đá VII có đ đ c khít nh t d ng n c đá (nh ng d ng đ c ch gi n đ pha) T gi n đ pha ta th y r ng m nóng ch y c a đá VII t i áp su t 10 GPa vào kho ng 630 K, th c s đá r t “nóng” Xác đ nh th tích mol c a đá VII ε t mol ch a NA/2 l p ph Kh i l ng đ n v : ng riêng c a đá VII làμ Bi t kh i l ng riêng c a đá VII, ta có th s d ng ph ng trình Clapeyron đ tính enthalpy c a q trình nóng ch y So sánh m ba “n c l ng - đá VI - đá VII” m ch y c a đá VII t i áp su t 10 GPa ta tính đ c đ d c: p/T = (104 -2200)/(630 - 355) = 28 MPa/K S bi n thiên th tích q trình nóng ch y là: V = (18/1,00) - 11,3 = 6,7 cm3/mol Thay th nh ng giá tr vào ph ng trình Clapeyron, ta đ c: Giá tr l n h n giá tr xác 6400 J/mol r t nhi u Lý có th ph thu c vào đ phân gi i th p c a gi n đ pha t i áp su t cao, cho phép nh ng tính tốn thơ c a đ d c Nh ng k t qu ch r ng g n đ c s d ng khơng xác áp su t cao nhi t đ cao ... t đ T3 H ng d n 1) T1 = 30 0K; 2) T2 = 600K; 3) T3 = 1200K; 4) T4 = 600K 2) (i) V i chuy n hóa 2μ Eint,12 = 3. 74kJ (ii) V i chuy n hóa 3? ? Eint, 23 = 7.5kJ 3) (iii) V i chuy n hóa 4μ Eint ,34 =... khí H2, NH3, CH4 i) H2 < NH3 < CH4 ii) H2 > NH3 > CH4 iii) H2 < CH4 < NH3 iv) H2 > CH4 > NH3 4) M t th l n di chuy n xu ng đ sâu 20 m c a n c bi n ( = 1. 03 × 1 03 kg m -3) r i nhanh chóng tr i lên... nRT ln V2 V1 (2) = 4.461 8 .31 4 2 73. 2 ln10 = 233 35 J 2) Giãn n thu n ngh ch đo n nhi t Chú ý r ng R+R = = = Cv R Cp (3) Vì v y P1 V2 = V1 = (10) 10 = 39 .8 (l) P2 nhi t đ cu